使用维也纳科技大学附属机构 UpNano 的纳米 3D 打印机创建的精致结构，使用了FAULHABER的贵金属换向直流微电机创建的用于精确对准基材。文本描述了该应用程序。
由UpNano的纳米 3D 打印机创建的结构是维也纳科技大学的衍生产品，它们非常小，无法用肉眼或高倍光学显微镜看到。这种印刷结构的网状结构比人的头发细 100 倍，只有在扫描电子显微镜下才能看到。例如，它们用于医学实验，包括作为活细胞的框架、微过滤器、微针或微透镜。在创办公司之前，公司创始人已经在维也纳大学研究高分辨率 3D 打印。为了展示可能性，他们在铅笔尖上打印了一个城堡模型 – 包括多层、凸窗、飞檐、拱门、两座塔楼和优雅的柱子（图 1）。这些柱子的厚度仅为 950 纳米。 UpNano 目前已开发出批量生产并在全球销售的打印机（图 2），该打印机更进一步：可以实现水平方向小于 200 纳米、垂直方向小于 550 纳米的结构。
2 光子光刻可实现最精细的结构
由于所谓的双光子光刻技术，这种微型物体的生产是可能的，它基于两个光粒子之间的量子效应。在此过程中，它们会引发材料的凝固，在此期间塑料分子结合形成稳定的链。 UpNano 联合创始人兼首席技术官 Peter Gruber 解释道：“为了将关键的光子对带到目标，我们必须发射大量的光粒子，因为我们需要时间和空间上巨大的光子密度来实现目标。”受控聚合。”
提供光子的激光以极短、高强度的脉冲工作。该方法还具有很高的瞄准精度。 “对于其他基于光的 3D 打印工艺，聚合反应是沿着整个光束路径触发的，因此只能逐层进行生产。通过 2 光子光刻，我们可以将它们聚焦在一个小点上。我们打印机的高性能光学器件可以在材料中任意移动该点。 “我们几乎可以生产任何几何结构，”彼得格鲁伯补充道。
微流体、透镜或生物材料元件
除了用于微流体的通道和其他元件之外，这种结构还可以生产印刷在单个玻璃纤维末端的透镜。打印甚至可以在现有的微流控芯片中进行，以添加额外的结构。特殊的附加模块还允许使用包含活细胞的生物材料进行打印。由于三维结构的聚合仅发生在预定位置，因此间隙中的细胞保持完整。该构建体的形状可以像人体组织中的细胞网络一样。在这种安排下，它们现在用于药物测试而不进行动物测试。
然而，UpNano 的客户通常对他们用这些设备生产什么产品守口如瓶。许多人在严格保密的情况下使用它们。 “我们只知道一些具体的应用，例如在体外受精中使用单个卵细胞，或用于微型内窥镜的镜头，”彼得格鲁伯报告说。 “我们的客户主要集中在医疗技术、制药行业和电信领域。与此同时，越来越多的行业正在发现微型化3D打印的可能性。”
基材精确对准
NanoOne 打印机可以打印的物体尺寸范围为 150 纳米以下到 40 毫米（图 3）。具有不同分辨率的四个镜头确保了最大可能的灵活性。每小时超过 450 立方毫米的吞吐量是高生产率的基础。除了高质量的激光光学器件之外，基材的精确对准也确保了打印过程的精度。它连接到一个可移动的支架上。它纠正了将打印基材插入打印机时难以避免的倾斜。基板的方向可以在三个轴（x、y 和 z）上改变，从而达到最佳位置。 “我们可以实现亚微米范围内的平整度，”Peter Gruber 强调。 “这确保了激光光学器件的精度实际上到达了打印材料。相关组件也与周围技术和外壳分离。因此打印机可以简单地放置在任何稳定的桌子上。”
带集成编码器的直流减速电机
1512 系列的三个带有集成编码器的贵金属换向直流齿轮电机可确保支架的精确定位（图 4）。这些电机适用于快速启动和停止应用，工作时无齿槽扭矩，功耗极低，而且重量极轻。其线圈技术采用三个扁平自支撑铜绕组，可实现极其紧凑的设计，直径为 15 毫米，长度仅为 14.3 毫米。得益于高性能稀土磁体，该电机在连续运行时可提供 30 mNm 的高驱动扭矩。短时间内可达到 50 mNm。
除了变速箱之外，驱动器中还集成了光学编码器。 “我们选择减速电机作为我们自己的最佳解决方案，”Peter Gruber 回忆道。 “使用带有编码器的版本的建议来自 FAULHABER。这意味着对齐工作更加精确和顺利。凭借其高精度，该驱动器对我们设备的打印过程质量做出了决定性的贡献。”
相关文章
